[논문 리뷰] Stellar population of the superbubble N206 in the LMC I. Analysis of the Of-type stars

V. Ramachandran, R. Hainich외 6명|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 16.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 69인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 대마젤란운의 N206 초은하버에서 고해상도 FLAMES 및 기록된 자외선 스펙트로스코피를 사용하여 9개의 Of형 항성의 분석을 수행한다. PoWR 모델 대기층을 사용하여 항성 및 성층 파rameters를 결정하였으며, 이들의 통합 기계적 에너지 출력이 X선으로 방출되는 초은하버에 저장된 총 에너지와 유사함을 밝혀내어, 이 항성들이 은하간 매질에서 피드백에 의해 유도되는 구조 형성에 지배적인 역할을 한다고 강조한다.

ABSTRACT

Massive stars are the key agents of feedback. Consequently, quantitative analysis of massive stars are required to understand how the feedback of these objects shapes/ creates the large scale structures of the ISM. The giant HII region N206 in the Large Magellanic Cloud contains an OB association that powers a X-ray superbubble, serving as an ideal laboratory in this context. We obtained optical spectra with the muti-object spectrograph FLAMES at the ESO-VLT. When possible, the optical spectroscopy was complemented by UV spectra from the HST, IUE, and FUSE archives. Detailed spectral classifications are presented for our sample Of-type stars. For the quantitative spectroscopic analysis we use the Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmosphere code. The physical parameters and nitrogen abundances of our sample stars are determined by fitting synthetic spectra to the observations. The stellar and wind parameters of nine Of-type stars are used to construct wind momentum,luminosity relationship. We find that our sample follows a relation close to the theoretical prediction, assuming clumped winds. The most massive star in the N206 association is an Of supergiant which has a very high mass-loss rate. Two objects in our sample reveal composite spectra, showing that the Of primaries have companions of late O subtype. All stars in our sample have an evolutionary age less than 4 million years, with the O2-type star being the youngest. All these stars show a systematic discrepancy between evolutionary and spectroscopic masses. All stars in our sample are nitrogen enriched. Nitrogen enrichment shows a clear correlation with increasing projected rotational velocities. The mechanical energy input from the Of stars alone is comparable to the energy stored in the N206 superbubble as measured from the observed X-ray and H alpha emission.

연구 동기 및 목표

• N206 초은하버 내 거대한 Of형 항성들의 피드백 기여도를 정량화하여 은하간 매질의 진화에 미치는 영향를 분석한다.
• N206 지역 내 9개의 Of형 항성에 대한 정밀한 항성 및 성층 파rameters(광도, 질량 손실율, 온도 등)를 결정한다.
• 이러한 거대 항성에서의 질소 농도 증가를 회전 혼합과 진화 상태의 지표로 삼아 조사한다.
• 클러스터링된 성층 모델 하에서 이 항성들의 윈드-운동량-광도 관계(WMLR)가 이론적 예측과 얼마나 일치하는지 평가한다.
• Of 항성들에서의 총 이온화된 광자 조각과 기계적 에너지 출력을 추정하고, 관측된 초은하버의 에너지 함량과 비교한다.

제안 방법

• ESO VLT의 FLAMES 다중객체 스펙트로스코프를 사용하여 164개의 OB형 항성에 대한 고해상도 광학 스펙트럼을 확보하였으며, 특히 9개의 Of형 항성에 중점을 두었다.
• 광학 데이터를 보완하기 위해 HST, IUE, FUSE의 기록된 자외선 스펙트럼을 활용하여 스펙트럼 커버리지 개선 및 성층 파rameters 제약을 강화하였다.
• 세부적인 스펙트럼 분류를 수행하고, Potsdam Wolf-Rayet(PoWR) 모델 대기층 코드를 사용하여 스펙트럼를 합성하고 관측된 선에 적합시켰다.
• 합성 스펙트럼을 관측된 선들(예: H 및 He 선, N iii, Si iv 등)에 맞춰 효과적 온도, 표면중력, 광도, 질량 손실율, 질소 농도를 유도하였다.
• 유도된 파rameters를 기반으로 히르츠프룽-라수스도(HR도)를 사용하여 등각선 피팅을 통해 진화 연령를 추정하였다.
• 광도와 질량 손실율에 기반하여 항성 수명 기간 동안 일정한 에너지 공급을 가정하고 총 기계적 에너지 출력을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 N206 초은하버 내 9개의 Of형 항성의 항성 및 성층 파arameters(Teff, log g, L*, Mdot)는 무엇인가?
• RQ2 이 Of 항성들의 기계적 에너지와 이온화된 광자 출력은 관측된 X선 및 Hα 방출 초은하버의 에너지 함량과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 질소 농도 증가율은 이 항성들의 투사 회전 속도와 진화 단계와 얼마나 관련이 있는가?
• RQ4 클러스터링된 성층 모델 하에서 이 항성들의 관측된 윈드-운동량-광도 관계(WMLR)는 이론적 예측과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 이 샘플에서 스펙트로스코픽 질량과 진화 모델 질량 간의 체계적인 불일치는 이유가 무엇인가?

주요 결과

• 모든 9개의 Of형 항성은 진화 연령가 400만 년 이하이며, O2형 항성인 N206-FS 180는 100만 년 미만의 나이를 가진다.
• 항성 성층의 깊이에 따라 클러스터링이 존재하는 것으로 가정할 경우, 이 샘플의 윈드-운동량-광도 관계(WMLR)는 이론적 예측과 밀접하게 일치한다.
• 가장 질량이 큰 항성인 N206-FS 187는 매우 높은 질량 손실율을 보이며, 충돌하는 성층 이중성일 가능성이 크며, LMC 내에서 X선으로 가장 밝은 시스템 중 하나일 수 있다.
• 모든 항성이 질소 농도 증가를 보이며, 질소 농도 증가와 더 높은 투사 회전 속도 사이에 명확한 상관관계가 있다.
• Of 항성들에서의 총 이온화된 광자 조각은 3×10⁵⁰ s⁻¹로 추정되었으며, 그들의 통합 기계적 광도는 1.7×10⁴ L☉이다.
• 이 Of 항성들이 수명 기간 동안 방출한 총 기계적 에너지 출력은 (5.8±1.8)×10⁵¹ erg이며, 이는 관측된 N206 초은하버의 열적 및 운동 에너지 함량(4.7×10⁵¹ erg)과 일치한다.